道路“黑化”工程早期病害淺析

顏 超

（自貢市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，四川 自貢 643000）

1 概述

自2008年5月至2012年5月，為提高城區(qū)道路行車的安全性、舒適性，改造城市人居環(huán)境、提升城市形象，自貢市對主城區(qū)大部分主次干路進(jìn)行了路面“黑化”施工，即在原混凝土路面上進(jìn)行瀝青混凝土的加鋪改造施工。筆者以一名工程設(shè)計(jì)人員的角色全程參與其中。工程范圍包括檀木林大街、仁和路、解放立交橋、鹽都大道、貢興路等，加鋪瀝青混凝土面積約20萬m2。經(jīng)1～2 a的使用，部分改造路段加鋪的瀝青混凝土面層出現(xiàn)大量的早期病害，給市民車輛通行帶來了不便，給國家造成經(jīng)濟(jì)損失，值得分析總結(jié)。本文以自貢市城區(qū)道路“黑化”工程為例，針對“黑化”實(shí)施過程中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，初步總結(jié)了一些可能導(dǎo)致早期病害產(chǎn)生的因素，供各個城市的工程設(shè)計(jì)、施工人員及相關(guān)管理部門參考。

2 設(shè)計(jì)過程

2.1 現(xiàn)狀混凝土路面病害處理方案

本次自貢市實(shí)施城區(qū)道路“黑化”工程的道路大部分修建于20世紀(jì)90年代，路面結(jié)構(gòu)組合形式多為水泥混凝土面層20～24 cm+二灰穩(wěn)定碎石基層20 cm+手?jǐn)[片石底基層30 cm。經(jīng)過近20 a的使用，混凝土路面已大面積出現(xiàn)不同程度的病害，骨料外露板塊數(shù)量超過80%，斷板板塊數(shù)量達(dá)到20%～40%，另外還有大量的板縫損壞、路基沉陷、路面排水不暢等問題。根據(jù)《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2004），要求視路況對混凝土塊板在橫向接縫板邊距板角30～50 cm處測定彎沉，用以全面了解水泥混凝土路面的承載能力情況，再根據(jù)每個路段板塊代表彎沉值分析修補(bǔ)方法。但業(yè)主受工期和資金的限制，部分路段沒有委托單位進(jìn)行彎沉檢測，而設(shè)計(jì)單位只能將舊路面的病害分析側(cè)重為根據(jù)外觀檢查統(tǒng)計(jì)破碎板塊、開裂板塊、板邊角的破損狀況，確定現(xiàn)狀混凝土面層的修補(bǔ)方法。雖然根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用外觀檢查后統(tǒng)計(jì)分析，再確定修補(bǔ)方法的方案是可以達(dá)到對大部分病害的處理效果的，但是受現(xiàn)場工程人員工程經(jīng)驗(yàn)及業(yè)務(wù)水平的限制，不同人員調(diào)查后的處理方案或偏保守、或偏經(jīng)濟(jì)，無法精確地確定最合理的修補(bǔ)方案，無法對表觀質(zhì)量好而基層已出現(xiàn)問題的板塊進(jìn)行有效處理，有可能由于舊混凝土路面基層或地基出現(xiàn)問題沒有處理，導(dǎo)致“黑化”早期病害的發(fā)生。這在仁和路修補(bǔ)工作時進(jìn)行彎沉檢測復(fù)核中得到了印證。證明對現(xiàn)狀混凝土路面進(jìn)行彎沉測定，從而全面了解水泥混凝土路面的承載能力情況是非常必要的。

美國瀝青協(xié)會（AI）認(rèn)為舊面層接縫（或裂縫）處的彎沉量和彎沉差是引起瀝青加鋪層開裂的主要原因，因?yàn)檩嗇d的施加速度遠(yuǎn)高于溫度變化產(chǎn)生的面層板伸縮位移的速率，因而，AI以控制接縫或裂縫處的板塊平均彎沉量和彎沉差為設(shè)計(jì)要求。

我國《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2004）說明，考慮到美國與我國標(biāo)準(zhǔn)軸載差異，結(jié)合目前國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用情形，根據(jù)關(guān)于交通荷載作用下瀝青加鋪層反射裂縫的疲勞斷裂力學(xué)分析，我國標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）接縫（或裂縫）兩側(cè)的板塊彎沉差（W l-Wu）≤0.06 mm；

（2）接縫（或裂縫）兩側(cè)的板邊平均彎沉值（Wl+Wu）/2≤0.45 mm；

（3）我國規(guī)范還對不同代表彎沉值的路面說明了明確的處理方法，詳見表1。

其中，W l和Wu相應(yīng)為荷載板和非荷載板的板邊彎沉值，由100 kN軸載和貝克曼梁測定。

表1 不同損壞路面的修補(bǔ)方法

2.2 加鋪結(jié)構(gòu)層的擬定

根據(jù)《瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2004）規(guī)定，C級以上交通的公路加鋪瀝青層的結(jié)構(gòu)厚度，一般宜為100～180 mm，其他公路宜為70～100 mm。根據(jù)《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 36—2006）規(guī)定，在水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土的厚度不得小于80 mm。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D40—2002）規(guī)定，高速公路和一級公路的最小厚度為100 mm，其他等級的公路最小厚度宜為70 mm?？紤]到業(yè)主對工程投資控制等因素，綜合國家現(xiàn)行規(guī)范的要求、自貢的氣候特點(diǎn)及交通現(xiàn)狀，自貢市城區(qū)“黑化”采用的加鋪結(jié)構(gòu)組合為：SBS I-C型改性瀝青混凝土AC-13C 3.5 cm+SBS I-C型改性瀝青混凝土AC-16C 4.5 cm，總厚度為8 cm，采用值為規(guī)范低限值。

但是，自貢市區(qū)道路加鋪后發(fā)現(xiàn)，考慮到業(yè)主為節(jié)約工程投資等因素而沒有根據(jù)不同道路在城市路網(wǎng)中所起的不同作用、不同道路的交通量大小擬定最合理的加鋪厚度是得不償失的。例如鹽都大道在外南環(huán)竣工之前仍承擔(dān)著省道305線大量自貢市區(qū)與榮縣之間的交通運(yùn)輸功能，交通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于貢興路，而加鋪路面結(jié)構(gòu)層采用相同的標(biāo)準(zhǔn)是不恰當(dāng)?shù)?。近期?jié)約了工程一次性投資，而接踵而來的早期病害翻修整治、后期養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用均會大大增加。

同時暴露出的還有另外一個問題，路面結(jié)構(gòu)的擬定和設(shè)計(jì)道路的年平均日交通量、交通增長率兩個指標(biāo)是息息相關(guān)的，但是設(shè)計(jì)道路的年平均日交通量和交通增長率在現(xiàn)有的管理體制下，沒有主管部門對城市內(nèi)部道路進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析。設(shè)計(jì)單位僅能參考相關(guān)公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行假定，這樣計(jì)算擬定出的結(jié)構(gòu)組合難以符合實(shí)際。

2.3 瀝青混合料礦料級配設(shè)計(jì)

自貢城區(qū)“黑化”工程均采用國家現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的瀝青混合料礦料級配，但仍無法確定是否是最科學(xué)、最合適自貢氣候、自貢本地原產(chǎn)礦料的級配設(shè)計(jì)。只有設(shè)計(jì)出最合理的級配才能減少早期病害的發(fā)生。

雖然國家在“八五”國家科技攻關(guān)專題通過全國600多個氣象站30 a氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，頒布了瀝青和瀝青混合料使用性能的氣候分區(qū)以指導(dǎo)瀝青材料的選用，但是由于我國幅員遼闊，僅有優(yōu)良的瀝青材料，而沒有合理的混合料級配，仍無法加工出合適自貢氣候條件、礦料性能的瀝青混凝土混合料。

在《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中，我國借鑒了美國的Superpave的設(shè)計(jì)理念，引進(jìn)了“級配選擇”的概念，即在特定的級配范圍內(nèi)，根據(jù)各級配曲線的性能，從中選擇一條符合工程需要的級配。級配曲線的確定，并不完全取決于規(guī)范中的級配范圍，而是取決于混合料的性能檢驗(yàn)。但是《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）所給出的瀝青混合料礦料級配各篩孔范圍較大（如表2中規(guī)范列出的密級配瀝青混合料礦料級配范圍表），在試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配曲線的選擇標(biāo)準(zhǔn)上不明確，使我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)理論中的級配選擇的重要性沒有得到充分的體現(xiàn)，這也是我國瀝青設(shè)計(jì)規(guī)范的重要缺陷。

因此，建議在對試驗(yàn)設(shè)計(jì)級配曲線進(jìn)行選擇時，可分別對不同級配曲線進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定其最佳瀝青用量，然后分別在各自最佳瀝青用量下，通過高溫、水穩(wěn)綜合判斷適用于自貢城區(qū)的設(shè)計(jì)目標(biāo)級配曲線。但同時，此法也將大幅度增加試驗(yàn)工作量和設(shè)計(jì)周期。因此注意積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和收集工程成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，避免每個工程都在重復(fù)地拿自己作為級配設(shè)計(jì)的試驗(yàn)品，就成為簡化配合比設(shè)計(jì)的最有效、最經(jīng)濟(jì)的辦法。但是，單純由設(shè)計(jì)單位進(jìn)行對資料的整理分析是有很大難度的，應(yīng)有必要的管理部門聯(lián)合設(shè)計(jì)單位、實(shí)驗(yàn)室對各個城市的工程進(jìn)行系統(tǒng)分析，才能總結(jié)出與各個城市實(shí)踐特點(diǎn)相適應(yīng)的混合料級配，最大限度地減少由于混合料級配選擇不合理的工程實(shí)施后導(dǎo)致大量的翻修、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

表2 規(guī)范列出的密級配瀝青混合料級配范圍

3 瀝青混合料試驗(yàn)及生產(chǎn)過程

3.1 瀝青混合料的試驗(yàn)

自貢市正在積極準(zhǔn)備向大城市發(fā)展，但是，由于試驗(yàn)設(shè)備受限，國家規(guī)范要求的檢測瀝青混合料指標(biāo)在自貢市所有試驗(yàn)室和瀝青拌合料場均無法全面進(jìn)行檢測。這種情況在我國很多城市，特別是中、小城市較為常見。主管部門應(yīng)積極監(jiān)督城市工程檢測單位、實(shí)驗(yàn)室等單位，建立有效獎懲機(jī)制，減少弄虛作假現(xiàn)象，加強(qiáng)硬件設(shè)施的配置、加強(qiáng)技術(shù)力量，以適應(yīng)我國城市建設(shè)的發(fā)展需要。

在自貢城區(qū)“黑化”工程中，設(shè)計(jì)單位總結(jié)自貢市域以往的瀝青使用經(jīng)驗(yàn),結(jié)合自貢的氣候條件，為提高瀝青混凝土路面的抗車轍、水穩(wěn)等性能，選用了熱塑性橡膠類改性瀝青苯乙烯-丁二烯-苯乙烯SBSI-C型。該型瀝青由于有很優(yōu)越的抗車轍、抗疲勞、抗老化等性能，目前在世界上是最普遍使用的道路改性瀝青[1]。但是，SBS改性瀝青混凝土的最主要的車轍板試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等均在自貢市找不到試驗(yàn)檢測單位，而自貢的實(shí)驗(yàn)室僅能做瀝青的馬歇爾試驗(yàn)，確定其最佳瀝青用量，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求的。建議有關(guān)主管部門完善各個城市實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件，以支撐各個城市在城市建設(shè)過程中大量基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)所需要的必不可少的材料檢測。

3.2 瀝青混合料的生產(chǎn)

自貢市區(qū)現(xiàn)有瀝青混合料拌合場2個，為減少運(yùn)輸距離,節(jié)約費(fèi)用，市域內(nèi)的道路“黑化”工程和瀝青混凝土路面新建工程均采用這些料場拌合的瀝青混合料進(jìn)行攤鋪。但自貢市料場存在不少問題：

（1）料場規(guī)模較小，已出現(xiàn)難以供給自貢城市建設(shè)需要的問題；

（2）料場所購買的礦料多為礫石采用鄂式破碎機(jī)破碎而成，細(xì)長扁平顆粒大于15%，礦粉含量較高；

（3）料場場地未硬化處理，排水設(shè)施不健全，各級礦料分隔儲存、防雨設(shè)施不健全；

（4）試驗(yàn)設(shè)備欠缺，無法進(jìn)行所有材料的必要檢測。

這些問題看似不大，但是對礦料的含水率、礦料級配等均會產(chǎn)生很大的影響，從而影響瀝青混合料的質(zhì)量，導(dǎo)致早期病害的產(chǎn)生。如果選擇內(nèi)江等外地料場，則會產(chǎn)生運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，導(dǎo)致費(fèi)用增加、礦料離析、礦料溫度下降等問題，仍會影響瀝青混合料的質(zhì)量導(dǎo)致早期病害的產(chǎn)生。

如今各個城市均在大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建設(shè)與各個城市建設(shè)規(guī)模相適應(yīng)的瀝青拌合料場已勢在必行。

4 施工過程

4.1 運(yùn)輸

為保證攤鋪機(jī)能以合適的速度進(jìn)行均勻、連續(xù)地攤鋪，必須確保拌和樓的拌和能力和瀝青混合料運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸能力與攤鋪機(jī)的攤鋪能力相配套；在瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸及攤鋪過程中，加強(qiáng)施工工藝管理，采取有效措施盡量降低混合料材料及溫度的離析。運(yùn)料車均要求采取保溫措施，保證能按要求的攤鋪溫度及壓實(shí)溫度進(jìn)行施工，見圖 1、圖 2。

圖1 混合料在運(yùn)輸車輛中紅外溫度檢測照片

圖2 混合料在攤鋪過程中紅外溫度檢測照片

根據(jù)美國瀝青協(xié)會（AI）研究表明，由于混合料運(yùn)輸保溫措施不到位、壓路機(jī)灑水等原因?qū)е聻r青混合料在運(yùn)輸車輛中、碾壓過程中溫度未達(dá)到規(guī)范要求或出現(xiàn)溫差，溫差超過14℃，空隙率增加2%，空隙率的增加導(dǎo)致剝落與水損病害提前出現(xiàn)，減少瀝青混合料疲勞壽命。試驗(yàn)表明，增加空隙率1%將至少減少10%的壽命[2]。

自貢城區(qū)“黑化”過程中由于施工運(yùn)輸組織原因，導(dǎo)致運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場的混合料部分離析嚴(yán)重，例如用尾料鋪筑的馬吃水立交橋段，由于礦料離析導(dǎo)致大面積加鋪層坑洞、推移、壅包、波浪等早期病害。這也值得各個城市的施工單位、監(jiān)理部門、業(yè)主、主管部門結(jié)合本地的實(shí)際情況在工程實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

4.2 攤鋪

規(guī)范規(guī)定瀝青路面不得在氣溫低于10℃，以及雨天、基面潮濕的情況下施工[3]。但是在自貢城區(qū)道路“黑化”施工期間，為趕工期，部分路段在雨天施工，導(dǎo)致瀝青溫度下降碾壓不密實(shí)，路面出現(xiàn)車轍等早期病害。例如匯興路與丹桂大街交叉處，后期鏟除后重新鋪筑。

瀝青攤鋪時必須選用有自動找平裝置、有預(yù)壓實(shí)裝置的攤鋪機(jī)。下面層瀝青混合料和構(gòu)造物上瀝青面層攤鋪時采用基準(zhǔn)鋼絲繩或浮動基準(zhǔn)梁進(jìn)行找平。但是在鹽都大道、仁和路“黑化”施工后，大面積出現(xiàn)車轍、推移、壅包等早期病害，經(jīng)后期鉆芯取樣分析，造成病害出現(xiàn)的重要原因之一就是攤鋪寬度過大、找平裝置設(shè)置存在問題，導(dǎo)致道路邊緣車道加鋪厚度較?。ㄗ畋√巸H4 cm），道路中間車道加鋪厚度又較厚（最厚處達(dá)到16 cm）。規(guī)范建議一臺攤鋪機(jī)攤鋪寬度為6～7.5 m，而仁和路和鹽都大道攤鋪寬度達(dá)到了10 m以上，難以保證找平及攤鋪時礦料不離析，加之后期碾壓施工溫度較要求偏低，薄的路段容易出現(xiàn)離析，厚的路段容易出現(xiàn)車轍、推移，均無法達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期效果。

4.3 碾壓

為了保證瀝青混合料能夠在有效壓實(shí)時間內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，需配備的基本壓實(shí)設(shè)備應(yīng)為：雙鋼輪振動壓路機(jī)（振幅和頻率可根據(jù)需要調(diào)整）不少于3臺（靜態(tài)10～14 t），根據(jù)混合料類型、溫度和層厚選擇頻率和振幅；25 t以上的膠輪壓路機(jī)不少于兩臺[4]。雖然在城區(qū)“黑化”時，碾壓設(shè)備均能滿足施工規(guī)范要求，但是仍存在一些不容小視的問題。

（1）碾壓過程應(yīng)遵循少量噴水，保持高溫，梯形迭進(jìn)的原則。要在保證壓實(shí)度的基礎(chǔ)上追求平整度，否則通車后的路面極易發(fā)生水破壞以及松散、車轍等早期病害。自貢城區(qū)“黑化”施工過程中，就存在鋼輪壓路機(jī)上滴水導(dǎo)致瀝青混凝土碾壓時路面淌水現(xiàn)象，極容易導(dǎo)致路面溫度快速降低、難以保證壓實(shí)度，導(dǎo)致早期病害。

（2）壓路機(jī)速度根據(jù)初壓、復(fù)壓、終壓各階段不同調(diào)整，還有規(guī)劃碾壓線路，不得造成混合料推移，不得在低溫狀態(tài)下重復(fù)碾壓破碎集料棱角、集料嵌擠。自貢城區(qū)“黑化”施工過程中，施工單位對壓路機(jī)的速度、線路均未做出有效地控制。

5 行政主管部門加強(qiáng)管理

行政主管部門應(yīng)依照我國相應(yīng)的審查管理程序?qū)こ炭尚行匝芯?、設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)督管理，其中對超載車輛控制不嚴(yán)則更是早期破壞的直接原因。各個城市大量基礎(chǔ)設(shè)施正在建設(shè)，難以避免大量運(yùn)輸車輛為保證自身經(jīng)濟(jì)利益嚴(yán)重超載，建議相關(guān)管理部門加強(qiáng)超載查處。

路面早期養(yǎng)護(hù)措施不及時、不完善等也是城市道路瀝青路面產(chǎn)生早期破壞的原因。為使道路改造后滿足設(shè)計(jì)使用壽命，建議市政設(shè)施管理部門在根據(jù)國家相關(guān)養(yǎng)護(hù)規(guī)范對該道路進(jìn)行及時養(yǎng)護(hù)。城市道路黑化部分路段出現(xiàn)早期裂縫，如果及時進(jìn)行灌縫處理，也可避免大量雨水下滲后導(dǎo)致混凝土板塊翻漿、瀝青礦料逐漸剝離等病害的進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)展。

這就涉及我們城市建設(shè)部門、交管部門、道路管養(yǎng)單位等多部門的協(xié)作問題，值得在管理體制問題上進(jìn)行進(jìn)一步探討。

6 結(jié)語

形成瀝青路面的病害原因有很多，不能夠單獨(dú)歸結(jié)為某個方面，與設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，施工的規(guī)范化，以及超載、超限車輛的控制等工程項(xiàng)目管理各個環(huán)節(jié)都有很密切的關(guān)系。雖然目前各個城市的瀝青混凝土加鋪改造仍存在很多問題，本文也難以完全說明，但是，隨著各個城市設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工、行政管理部門的管理、技術(shù)水平的不斷提高，各級建設(shè)管理部門都應(yīng)引起足夠的重視，包括多部門的協(xié)作，諸多新方法、新工藝的應(yīng)用，會根本上減少瀝青路面的早期破損現(xiàn)象的發(fā)生，在大大節(jié)約基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資的基礎(chǔ)上，使各個城市的道路建設(shè)質(zhì)量全面提高。

[1]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]黃曉明，趙永利，高英.高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)理論與方法[M].北京：人民交通出版社，2006.

[3]姚祖康.公路設(shè)計(jì)手冊—路面（第三版）[M].北京：人民交通出版社，2006.

[4]程興新，董強(qiáng)，唐嫻，等.公路改擴(kuò)建工程實(shí)用技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2007.